JP7505474B2 - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクターに関する。

プロジェクターに用いる光源装置として、発光素子から射出された励起光を蛍光体に照射した際に蛍光体から発せられる蛍光を利用した光源装置が提案されている。

下記の特許文献１には、励起光を射出する励起光源と、励起光を蛍光に変換するロッド状の蛍光体と、蛍光体の内部で生成される蛍光を反射するミラーと、を備える光源装置が開示されている。蛍光は、蛍光体の一方の端面から射出される。ミラーは、蛍光が射出される端面とは反対側の端面に設けられている。

国際公開第２０２０／２５４４５５号

しかしながら、特許文献１の光源装置において、蛍光体の内部で生成される蛍光の一部が端面から取り出されず、蛍光体の内部に閉じ込められる場合がある。そのため、所望の強度を有する蛍光が得られないおそれがあった。

上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の光源装置は、第１波長帯を有する第１光を射出する発光面を有する発光素子と、蛍光体を含み、前記発光素子から射出される前記第１光を、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する第２光に変換する波長変換部材と、前記波長変換部材で生成される前記第２光を反射する反射面を有する反射部材と、を備える。前記波長変換部材は、前記波長変換部材の長手方向に交差し、前記第２光を射出する第１面と、前記波長変換部材の長手方向に交差し、前記第１面とは反対側に位置する第２面と、前記第１面および前記第２面と交差する第３面と、を有する。前記発光面は、前記第３面の少なくとも一部に対向して設けられる。前記反射面は、前記第２面に対向して設けられる。前記第２面および前記反射面の少なくとも一方は粗面である。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、前記光源装置からの前記第２光を含む光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投写する投写光学装置と、を備える。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 第１実施形態の第１照明装置の概略構成図である。 比較例の第１照明装置の概略構成図である。 第２実施形態の第１照明装置の概略構成図である。 第３実施形態の第１照明装置の概略構成図である。 第４実施形態の第１照明装置の概略構成図である。 第５実施形態の第１照明装置の概略構成図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１～図３を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、光変調装置として液晶パネルを用いたプロジェクターの一例である。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

図１は、本実施形態のプロジェクター１の概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーン（被投写面）ＳＣＲ上にカラー画像を表示する投写型画像表示装置である。プロジェクター１は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの各色光に対応した３つの光変調装置を備える。

プロジェクター１は、第１照明装置２０と、第２照明装置２１と、色分離光学系３と、光変調装置４Ｒと、光変調装置４Ｇと、光変調装置４Ｂと、光合成素子５と、投写光学装置６と、を備える。

第１照明装置２０は、黄色の蛍光Ｙを色分離光学系３に向けて射出する。第２照明装置２１は、青色光ＬＢを光変調装置４Ｂに向けて射出する。第１照明装置２０および第２照明装置２１の詳細な構成については後述する。

以下、図面においては、必要に応じてＸＹＺ直交座標系を用いて説明する。Ｚ軸は、プロジェクター１の上下方向に沿う軸である。Ｘ軸は、第１照明装置２０の光軸ＡＸ１および第２照明装置２１の光軸ＡＸ２と平行な軸である。Ｙ軸は、Ｘ軸およびＺ軸に直交する軸である。第１照明装置２０の光軸ＡＸ１は、第１照明装置２０から射出される蛍光Ｙの中心軸である。第２照明装置２１の光軸ＡＸ２は、第２照明装置２１から射出される青色光ＬＢの中心軸である。

色分離光学系３は、第１照明装置２０から射出される黄色の蛍光Ｙを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離する。色分離光学系３は、ダイクロイックミラー７と、第１反射ミラー８ａと、第２反射ミラー８ｂと、を備える。

ダイクロイックミラー７は、蛍光Ｙを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離する。ダイクロイックミラー７は、赤色光ＬＲを透過するとともに、緑色光ＬＧを反射する。第２反射ミラー８ｂは、緑色光ＬＧの光路中に配置されている。第２反射ミラー８ｂは、ダイクロイックミラー７で反射した緑色光ＬＧを光変調装置４Ｇに向けて反射する。第１反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲの光路中に配置されている。第１反射ミラー８ａは、ダイクロイックミラー７を透過した赤色光ＬＲを光変調装置４Ｒに向けて反射する。

一方、第２照明装置２１から射出される青色光ＬＢは、反射ミラー９によって光変調装置４Ｂに向けて反射される。

以下、第２照明装置２１の構成について説明する。
第２照明装置２１は、光源部８１と、集光レンズ８２と、拡散板８６と、ロッドレンズ８４と、リレーレンズ８５と、を備える。光源部８１は、少なくとも一つの半導体レーザーで構成されている。光源部８１は、レーザー光からなる青色光ＬＢを射出する。なお、光源部８１は、半導体レーザーに限らず、青色光を発光するＬＥＤで構成されていてもよい。

集光レンズ８２は、凸レンズから構成されている。集光レンズ８２は、光源部８１から射出される青色光ＬＢを略集光した状態で拡散板８６に入射させる。拡散板８６は、集光レンズ８２から射出される青色光ＬＢを所定の拡散度で拡散させ、第１照明装置２０から射出される蛍光Ｙと同様の略均一な配光分布を有する青色光ＬＢを生成する。拡散板８６としては、例えば、光学ガラスからなる磨りガラスが用いられる。

拡散板８６で拡散された青色光ＬＢは、ロッドレンズ８４に入射する。ロッドレンズ８４は、第２照明装置２１の光軸ＡＸ２方向に沿って延びる角柱状の形状を有する。ロッドレンズ８４は、一端に設けられた光入射端面８４ａと、他端に設けられた光射出端面８４ｂと、を有する。拡散板８６は、ロッドレンズ８４の光入射端面８４ａに光学接着剤（図示略）を介して固定されている。拡散板８６の屈折率とロッドレンズ８４の屈折率とは、できるだけ一致させることが望ましい。

青色光ＬＢは、ロッドレンズ８４の内部を全反射しつつ伝播することで照度分布の均一性が高められた状態で光射出端面８４ｂから射出される。ロッドレンズ８４から射出された青色光ＬＢは、リレーレンズ８５に入射する。リレーレンズ８５は、ロッドレンズ８４によって照度分布の均一性が高められた青色光ＬＢを反射ミラー９に入射させる。

ロッドレンズ８４の光射出端面８４ｂの形状は、光変調装置４Ｂの画像形成領域の形状と略相似形の矩形状である。これにより、ロッドレンズ８４から射出された青色光ＬＢは、光変調装置４Ｂの画像形成領域に効率良く入射する。

光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色光ＬＲに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色光ＬＧに対応した画像光を形成する。光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色光ＬＢに対応した画像光を形成する。

光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂのそれぞれには、例えば透過型の液晶パネルが用いられる。また、液晶パネルの入射側および射出側には、偏光板（図示略）がそれぞれ配置されている。偏光板は、特定の方向の直線偏光のみを通過させる。

光変調装置４Ｒの入射側には、フィールドレンズ１０Ｒが配置されている。光変調装置４Ｇの入射側には、フィールドレンズ１０Ｇが配置されている。光変調装置４Ｂの入射側には、フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。フィールドレンズ１０Ｒは、光変調装置４Ｒに入射する赤色光ＬＲの主光線を平行化する。フィールドレンズ１０Ｇは、光変調装置４Ｇに入射する緑色光ＬＧの主光線を平行化する。フィールドレンズ１０Ｂは、光変調装置４Ｂに入射する青色光ＬＢの主光線を平行化する。

光合成素子５は、光変調装置４Ｒ、光変調装置４Ｇ、および光変調装置４Ｂから射出された画像光が入射することにより、赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢに対応した画像光を合成し、合成された画像光を投写光学装置６に向けて射出する。光合成素子５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられる。

投写光学装置６は、複数の投写レンズから構成されている。投写光学装置６は、光合成素子５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投写する。これにより、スクリーンＳＣＲ上に画像が表示される。

以下、第１照明装置２０の構成について説明する。
図２は、第１照明装置２０の概略構成図である。
図２に示すように、第１照明装置２０は、光源装置１００と、インテグレーター光学系７０と、偏光変換素子１０２と、重畳光学系１０３と、を備える。

光源装置１００は、波長変換部材５０と、光源部５１と、反射部材５３と、角度変換部材５２と、接着材５９と、を備える。光源部５１は、基板５５と、発光素子５６と、を備える。

波長変換部材５０は、Ｘ軸方向に延びる四角柱状の形状を有し、６つの面を有する。波長変換部材５０のＸ軸方向に延びる辺は、Ｙ軸方向に延びる辺およびＺ軸方向に延びる辺よりも長い。したがって、Ｘ軸方向は、波長変換部材５０の長手方向に対応する。Ｙ軸方向に延びる辺の長さとＺ軸方向に延びる辺の長さとは等しい。すなわち、Ｘ軸方向に垂直な面で切断した波長変換部材５０の断面形状は、正方形である。なお、Ｘ軸方向に垂直な面で切断した波長変換部材５０の断面形状は、長方形であってもよい。

波長変換部材５０は、波長変換部材５０の長手方向（Ｘ軸方向）に交差し、後述する蛍光Ｙを射出する第１面５０ａと、波長変換部材５０の長手方向（Ｘ軸方向）に交差し、第１面５０ａとは反対側に位置する第２面５０ｂと、第１面５０ａおよび第２面５０ｂと交差し、互いに反対側に位置する第１側面５０ｃおよび第２側面５０ｄと、第１側面５０ｃおよび第２側面５０ｄと交差し、互いに反対側に位置する第３側面および第４側面（図示略）と、を有する。以下の説明で、第１側面５０ｃ、第２側面５０ｄ、第３側面、および第４側面の４つの面を合わせて、側面５０ｇと称する。本実施形態の側面５０ｇは、特許請求の範囲の第３面に対応する。

なお、波長変換部材５０は、必ずしも四角柱状の形状を有していなくてもよく、例えば三角柱状、円柱状などの形状を有していてもよい。波長変換部材５０の形状が三角柱状である場合、第１面および第２面に交差する３つの面を合わせて、側面５０ｇとする。波長変換部材５０の形状が円柱状である場合、第１面および第２面に交差する連続した１つの曲面を、側面５０ｇとする。

波長変換部材５０は、蛍光体を少なくとも含み、第１波長帯を有する励起光Ｅを、第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する蛍光Ｙに変換する。本実施形態では、励起光Ｅは、第１側面５０ｃおよび第２側面５０ｄのそれぞれから波長変換部材５０に入射する。蛍光Ｙは、波長変換部材５０の内部を導光した後、第１面５０ａから射出される。本実施形態の励起光Ｅは、特許請求の範囲の第１光に対応する。本実施形態の蛍光Ｙは、特許請求の範囲の第２光に対応する。

波長変換部材５０は、励起光Ｅを蛍光Ｙに波長変換する多結晶蛍光体からなるセラミック蛍光体を含んでいる。蛍光Ｙが有する第２波長帯は、例えば４９０～７５０ｎｍの黄色の波長帯である。すなわち、蛍光Ｙは、赤色光成分および緑色光成分を含む黄色の蛍光である。

波長変換部材５０は、多結晶蛍光体に代えて、単結晶蛍光体を含んでいてもよい。もしくは、波長変換部材５０は、蛍光ガラスから構成されていてもよい。もしくは、波長変換部材５０は、ガラスまたは樹脂からなるバインダー中に多数の蛍光体粒子が分散された材料から構成されていてもよい。このような材料からなる波長変換部材５０は、励起光Ｅを、第２波長帯を有する蛍光Ｙに変換する。

具体的には、波長変換部材５０の材料は、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体を含んでいる。賦活剤としてのセリウム（Ｃｅ）を含有するＹＡＧ：Ｃｅを例に挙げると、波長変換部材５０の材料として、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_３等の構成元素を含む原料粉末を混合して固相反応させた材料、共沈法、ゾルゲル法等の湿式法により得られるＹ－Ａｌ－Ｏアモルファス粒子、噴霧乾燥法、火炎熱分解法、熱プラズマ法等の気相法により得られるＹＡＧ粒子等が用いられる。

光源部５１は、第１波長帯の励起光Ｅを射出する発光面５６ａを有する発光素子５６を備える。光源部５１は、波長変換部材５０の第１側面５０ｃおよび第２側面５０ｄのそれぞれに対向して設けられている。発光素子５６は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）から構成されている。このように、光源部５１は、波長変換部材５０の長手方向に沿う側面５０ｇの一部に対向して設けられている。なお、光源部５１の個数および配置は、特に限定されない。

発光素子５６の発光面５６ａは、波長変換部材５０の第１側面５０ｃおよび第２側面５０ｄのそれぞれに対向して配置され、第１側面５０ｃおよび第２側面５０ｄのそれぞれに向けて励起光Ｅを射出する。第１波長帯は、例えば４００ｎｍ～４８０ｎｍの青色から紫色にかけての波長帯であり、ピーク波長は例えば４４５ｎｍである。

基板５５は、発光素子５６を支持する。基板５５の一面５５ａに、複数の発光素子５６が設けられている。本実施形態の場合、光源部５１は、発光素子５６と基板５５とから構成されているが、その他、導光板、拡散板、レンズなどの他の光学部材を備えていてもよい。また、基板５５に設けられる発光素子５６の個数は、特に限定されない。

反射部材５３は、波長変換部材５０の第２面５０ｂに対向して設けられている。反射部材５３は、波長変換部材５０の内部を導光し、第２面５０ｂに到達した蛍光Ｙを反射させる。反射部材５３は、波長変換部材５０とは別個の部材であり、例えばアルミニウム等の金属材料からなる板状の部材で構成されている。反射部材５３は、波長変換部材５０の第２面５０ｂに対向し、蛍光Ｙを反射させる反射面５３ｒを有する。反射面５３ｒは、金属材料自体の表面であってもよいし、金属材料の表面に形成された金属膜または誘電体多層膜から構成されていてもよい。

光源装置１００において、発光素子５６から射出された励起光Ｅが波長変換部材５０に入射すると、波長変換部材５０の内部に含まれる蛍光体が励起され、任意の発光点から蛍光Ｙが発せられる。蛍光Ｙは任意の発光点から全ての方向に向かって進むが、側面５０ｇに向かって進む蛍光Ｙは、側面５０ｇの複数の個所で全反射を繰り返しつつ、第１面５０ａまたは第２面５０ｂに向かって進む。第１面５０ａに向かって進む蛍光Ｙは、角度変換部材５２に入射する。一方、第２面５０ｂに向かって進む蛍光Ｙは、反射部材５３で反射され、第１面５０ａに向かって進む。

波長変換部材５０に入射した励起光Ｅのうち、蛍光体の励起に使われなかった励起光Ｅの一部は、光源部５１の発光素子５６を含む波長変換部材５０の周囲の部材、または第２面５０ｂに設けられた反射部材５３で反射される。そのため、励起光Ｅの一部は、波長変換部材５０の内部に閉じ込められて再利用される。

角度変換部材５２は、波長変換部材５０の第１面５０ａの光射出側に設けられている。角度変換部材５２は、例えばテーパーロッドから構成されている。角度変換部材５２は、波長変換部材５０から射出された蛍光Ｙが入射する光入射面５２ａと、蛍光Ｙを射出する光射出面５２ｂと、蛍光Ｙを光射出面５２ｂに向けて反射させる側面５２ｃと、を有する。

角度変換部材５２は、四角錐台状の形状を有し、光軸Ｊに垂直な断面積が光の進行方向に沿って広がっている。したがって、光射出面５２ｂの面積は、光入射面５２ａの面積よりも大きい。光射出面５２ｂおよび光入射面５２ａの中心を通り、Ｘ軸に平行な軸を角度変換部材５２の光軸Ｊとする。なお、角度変換部材５２の光軸Ｊは、第１照明装置２０の光軸ＡＸ１に一致する。

角度変換部材５２に入射した蛍光Ｙは、角度変換部材５２の内部を進行する間に、側面５２ｃで全反射する毎に光軸Ｊに平行な方向に近付くように向きを変える。このようにして、角度変換部材５２は、波長変換部材５０の第１面５０ａから射出される蛍光Ｙの射出角度分布を変換する。具体的には、角度変換部材５２は、光射出面５２ｂにおける蛍光Ｙの最大射出角度を光入射面５２ａにおける蛍光Ｙの最大入射角度よりも小さくする。

一般的に、光射出領域の面積と光の立体角（最大射出角）との積で規定される光のエテンデューは保存されるため、角度変換部材５２の透過前後においても蛍光Ｙのエテンデューは保存される。本実施形態の角度変換部材５２は、上述したように、光射出面５２ｂの面積を光入射面５２ａの面積よりも大きくした構成を有する。そのため、エテンデュー保存の観点から、本実施形態の角度変換部材５２は、光射出面５２ｂにおける蛍光Ｙの最大射出角度を光入射面５２ａに入射する蛍光Ｙの最大入射角よりも小さい角度とすることが可能である。

角度変換部材５２は、光入射面５２ａが波長変換部材５０の第１面５０ａに対向するように接着材５９を介して波長変換部材５０に固定されている。すなわち、接着材５９は、角度変換部材５２と波長変換部材５０の第１面５０ａとの間に設けられている。

角度変換部材５２として、テーパーロッドに代えて、複合放物面型集光器（Compound Parabolic Concentrator, ＣＰＣ）が用いられてもよい。角度変換部材５２としてＣＰＣを用いた場合であっても、テーパーロッドを用いた場合と同様の効果が得られる。なお、光源装置１００は、必ずしも角度変換部材５２を備えていなくてもよい。

インテグレーター光学系７０は、第１レンズアレイ６１と、第２レンズアレイ１０１と、を有する。インテグレーター光学系７０は、重畳光学系１０３とともに光源装置１００から射出された蛍光Ｙの強度分布を、被照明領域である光変調装置４Ｒ，４Ｇのそれぞれにおいて均一化する均一照明光学系を構成する。角度変換部材５２の光射出面５２ｂから射出される蛍光Ｙは、第１レンズアレイ６１に入射する。第１レンズアレイ６１は、光源装置１００の後段に設けられた第２レンズアレイ１０１とともに、インテグレーター光学系７０を構成する。

第１レンズアレイ６１は、複数の第１小レンズ６１ａを有する。複数の第１小レンズ６１ａは、第１照明装置２０の光軸ＡＸ１と直交するＹＺ平面に平行な面内にマトリクス状に配列されている。複数の第１小レンズ６１ａは、角度変換部材５２から射出される蛍光Ｙを複数の部分光束に分割する。第１小レンズ６１ａの各々の形状は、光変調装置４Ｒ，４Ｇの画像形成領域の形状と略相似形の矩形状である。これにより、第１レンズアレイ６１から射出された部分光束の各々は、光変調装置４Ｒ，４Ｇの画像形成領域にそれぞれ効率良く入射する。

第１レンズアレイ６１から射出された蛍光Ｙは、第２レンズアレイ１０１に向かって進む。第２レンズアレイ１０１は第１レンズアレイ６１に対向して配置されている。第２レンズアレイ１０１は、第１レンズアレイ６１の複数の第１小レンズ６１ａに対応する複数の第２小レンズ１０１ａを有する。第２レンズアレイ１０１は、重畳光学系１０３とともに、第１レンズアレイ６１の複数の第１小レンズ６１ａの像の各々を光変調装置４Ｒ，４Ｇの画像形成領域の近傍に結像させる。複数の第２小レンズ１０１ａは、第１照明装置２０の光軸ＡＸ１に直交するＹＺ平面に平行な面内にマトリクス状に配列されている。

本実施形態において、第１レンズアレイ６１の各第１小レンズ６１ａと第２レンズアレイ１０１の各第２小レンズ１０１ａとは、互いに同じサイズを有しているが、互いに異なるサイズを有していてもよい。また、本実施形態において、第１レンズアレイ６１の第１小レンズ６１ａと第２レンズアレイ１０１の第２小レンズ１０１ａとは、互いの光軸が一致する位置に配置されているが、互いに偏心した状態に配置されていてもよい。

偏光変換素子１０２は、第２レンズアレイ１０１から射出される蛍光Ｙの偏光方向を変換する。具体的に、偏光変換素子１０２は、第１レンズアレイ６１で分割され、第２レンズアレイ１０１から射出された蛍光Ｙの各部分光束を直線偏光に変換する。

偏光変換素子１０２は、光源装置１００から射出される蛍光Ｙに含まれる偏光成分のうち、一方の直線偏光成分をそのまま透過させるとともに、他方の直線偏光成分を光軸ＡＸ１に垂直な方向に反射する偏光分離層（図示略）と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を光軸ＡＸ１に平行な方向に反射する反射層（図示略）と、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する位相差板（図示略）と、を有する。

本実施形態の場合、波長変換部材５０の第２面５０ｂは、粗面である。一方、反射部材５３の反射面５３ｒは平滑面である。第２面５０ｂの表面粗さは、算術平均粗さで２μｍ以上であることが望ましい。さらに、第２面５０ｂの表面粗さは、算術平均粗さで１０μｍ以上であることがより望ましい。また、粗面の隣り合う山部と谷部との間のピッチは、蛍光Ｙの波長帯以上であることが望ましく、例えば０．７μｍ以上であることが望ましい。波長変換部材５０の第２面５０ｂの一部は、反射部材５３の反射面５３ｒと接触している。反射面５３ｒの表面粗さは、算術平均粗さで２μｍ未満であることが望ましい。波長変換部材５０の第２面５０ｂを粗面とする方法として、波長変換部材５０の第２面５０ｂをワイヤーソーで切断する方法、第２面５０ｂをサンドブラスト処理する方法、第２面５０ｂをアルミナなどの研磨剤で研磨処理する方法などがある。

（比較例）
続いて、比較例の光源装置について説明する。
図３は、比較例の第１照明装置２２０の概略構成図である。
図３に示すように、比較例の第１照明装置２２０は、光源装置２００を備える。光源装置２００は、発光素子５６と、波長変換部材２５０と、反射部材５３と、角度変換部材５２と、を備える。比較例の光源装置２００は、波長変換部材２５０の構成のみが本実施形態の光源装置１００と異なる。したがって、図３において、波長変換部材２５０以外の部材には図２と共通の符号を付し、説明を省略する。

図３に示すように、比較例の光源装置２００において、波長変換部材２５０の第２面２５０ｂは、本実施形態のような粗面ではなく、平滑面である。また、反射部材５３の反射面５３ｒは、平滑面である。第２面２５０ｂと反射面５３ｒとは、互いに接している。

この種の光源装置において、一般に、角度変換部材はガラス等の透明材料で構成され、接着材は光学接着剤で構成され、波長変換部材は蛍光体材料を含む。この場合、角度変換部材の屈折率と接着材の屈折率とは略一致し、角度変換部材の屈折率と波長変換部材の屈折率とは互いに異なる。一般的に光学接着剤の屈折率は波長変換部材よりも低い。
そのため、図３に示すように、波長変換部材２５０の第１面２５０ａに到達する蛍光のうち、臨界角以上の入射角で入射する蛍光Ｙ１は、波長変換部材２５０の第１面２５０ａと接着材５９との界面で全反射し、第２面２５０ｂに向かって進んだ後、第２面２５０ｂに入射する。比較例の光源装置２００の場合、波長変換部材２５０の第２面２５０ｂと反射部材５３の反射面５３ｒとがともに平滑面であるため、第２面に入射した蛍光Ｙ１は、角度が変化することなく全反射し、再び第１面２５０ａに向かって進む。

その結果、蛍光Ｙ１は、角度が保存された状態で波長変換部材２５０の内部を繰り返し伝搬するため、波長変換部材２５０の内部に閉じ込められる。比較例の光源装置２００においては、この種の蛍光Ｙ１が存在することにより、蛍光全体の取り出し効率が低下し、所望の強度を有する蛍光が得られないおそれがある。

（第１実施形態の効果）
本実施形態の光源装置１００は、第１波長帯を有する励起光Ｅを射出する発光面５６ａを有する発光素子５６と、蛍光体を含み、発光素子５６から射出される励起光Ｅを、第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する蛍光Ｙに変換する波長変換部材５０と、波長変換部材５０で生成される蛍光Ｙを反射する反射面５３ｒを有する反射部材５３と、を備える。波長変換部材５０は、波長変換部材５０の長手方向に交差し、蛍光Ｙを射出する第１面５０ａと、波長変換部材５０の長手方向に交差し、第１面５０ａとは反対側に位置する第２面５０ｂと、第１面５０ａおよび第２面５０ｂと交差する側面５０ｇと、を有する。発光面５６ａは、側面５０ｇの少なくとも一部に対向して設けられる。反射面５３ｒは、第２面５０ｂに対向して設けられる。第２面５０ｂは粗面であり、反射面５３ｒは平滑面である。

本実施形態の光源装置１００によれば、図２に示すように、波長変換部材５０の第１面５０ａで全反射した後、第２面５０ｂに入射する蛍光Ｙ１は、粗面からなる第２面５０ｂで散乱反射するため、角度が種々に変化した蛍光Ｙ２が生成される。
これにより、第２面５０ｂで散乱反射した蛍光Ｙ２の少なくとも一部は、波長変換部材５０の第１面５０ａに臨界角未満の入射角で入射するため、第１面５０ａで全反射することなく、第１面５０ａを透過して光源装置１００の外部に取り出される。
以上のように本実施形態の光源装置１００によれば、比較例の光源装置２００に比べて蛍光Ｙの取り出し効率が高く、所望の強度を有する蛍光Ｙが得やすい光源装置を提供できる。

本実施形態の光源装置１００は、第１面５０ａに対向して設けられ、第１面５０ａから射出される蛍光Ｙの角度分布を変換する角度変換部材５２と、角度変換部材５２と第１面５０ａとの間に設けられる接着材５９と、をさらに備える。

この構成によれば、角度変換部材５２の屈折率と波長変換部材５０の屈折率とが互いに異なり、蛍光Ｙが波長変換部材５０の第１面５０ａで全反射しやすい構成であっても、蛍光Ｙ１が第２面５０ｂで散乱反射することによって、光源装置１００の外部に取り出されやすくなる。また、波長変換部材５０の第１面５０ａから射出される蛍光Ｙが角度変換部材５２を透過することにより、蛍光Ｙの角度分布が狭く絞られる。これにより、光源装置１００の後段の光学系における光利用効率を高めることができる。

本実施形態のプロジェクター１は、本実施形態の光源装置１００を備えているため、光利用効率に優れる。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について、図４を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターおよび光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であるため、プロジェクターおよび光源装置の基本構成の説明は省略する。
図４は、第２実施形態の第１照明装置３２０の概略構成図である。
図４において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図４に示すように、本実施形態の第１照明装置３２０は、光源装置１２０を備える。光源装置１２０は、発光素子５６と、波長変換部材５０と、反射部材６３と、角度変換部材５２と、接着材５９と、を備える。

本実施形態の光源装置１２０において、反射部材６３は、基部６３０と、壁部６３１と、を有する。基部６３０は、第２面５０ｂに対向して設けられ、第２面５０ｂに対向する反射面６３ｒを有する。壁部６３１は、基部６３０から連続し、第２面５０ｂに近い側の側面５０ｇの一部に対向して設けられている。すなわち、第１実施形態の反射部材５３は第２面５０ｂのみに対向していたのに対し、本実施形態の反射部材６３は第２面５０ｂに加えて側面５０ｇの一部にも対向している。本実施形態の場合、基部６３０と壁部６３１とは、一体化された１つの部材で構成されているが、別個の部材で構成されていてもよい。光源装置１２０のその他の構成は、第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の効果）
本実施形態においても、蛍光Ｙの取り出し効率が高く、所望の強度を有する蛍光Ｙが得やすい光源装置１２０を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

さらに、本実施形態の光源装置１２０において、反射部材６３は、第２面５０ｂに対向して設けられる基部６３０と、基部６３０から連続し、側面５０ｇの一部に対向して設けられる壁部６３１と、を有する。

第１実施形態の場合、波長変換部材５０の第２面５０ｂと側面５０ｇとの角部に入射する蛍光Ｙが外部に漏れるおそれがある。これに対して、本実施形態の構成によれば、波長変換部材５０の第２面５０ｂと側面５０ｇとの角部５０Ｒが反射部材６３によって覆われるため、波長変換部材５０の第２面５０ｂと側面５０ｇとの角部５０Ｒに入射する蛍光Ｙを反射させて波長変換部材５０に戻すことができ、蛍光Ｙの損失を低減することができる。

（第３実施形態）
続いて、本発明の第３実施形態について、図５を用いて説明する。
第３実施形態のプロジェクターおよび光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であるため、プロジェクターおよび光源装置の基本構成の説明は省略する。
図５は、第３実施形態の第１照明装置３３０の概略構成図である。
図５において、以前の実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態の第１照明装置３３０は、光源装置１３０を備える。光源装置１３０は、発光素子５６と、波長変換部材６０と、反射部材７３と、角度変換部材５２と、接着材５９と、を備える。波長変換部材６０は、第１面６０ａと、第２面６０ｂと、第３面６０ｃと第４面６０ｄとを含む側面６０ｇと、を有する。反射部材７３は、第２面６０ｂと対向する反射面７３ｒを有する。

本実施形態の場合、波長変換部材６０の第２面６０ｂは、平滑面である。一方、反射部材７３の反射面７３ｒは、粗面である。具体的には、反射部材７３の反射面７３ｒは、凹凸構造を有する。凹凸構造を構成する凸部の形状は、例えば半球状、錐体状、柱状などであってもよいし、不定形であってもよい。凸部の高さは、例えば１μｍ～０．２ｍｍ程度であることが望ましい。隣り合う凸部と凹部との間隔は、例えば１μｍ～０．２ｍｍ程度であることが望ましい。凸部と凹部とは、一定の周期で並んでいてもよいし、周期的に並んでいなくてもよい。また、波長変換部材６０の第２面６０ｂの表面粗さは、算術平均粗さで２μｍ未満であることが望ましい。光源装置１３０のその他の構成は、第１実施形態と同様である。反射部材７３を粗面とする方法としては、反射面７３ｒにサンドブラスト処理する方法、反射面７３ｒをアルミナなどの研磨剤で研磨処理する方法がある。また、反射部材７３の反射面７３ｒに凹凸構造を形成する方法としては、アルミナなどの金属性の反射部材７３にマスクを設けてウェットエッチング処理する方法、反射部材７３の基材に凹凸パターンのエッチング処理を行い、凹凸パターン状に金属膜の蒸着や誘電体多層膜の蒸着によって反射面を形成するなどの方法がある。

（第３実施形態の効果）
本実施形態の場合、第２面６０ｂに対して臨界角よりも小さい角度で入射した蛍光Ｙ１の一部は第２面６０ｂを透過し、反射部材７３の反射面７３ｒに入射する。粗面からなる反射面７３ｒは第２面６０ｂを透過した蛍光Ｙ１を散乱反射するため、角度が種々に変化した蛍光Ｙ２が生成される。
これにより、反射面７３ｒで散乱反射した蛍光Ｙ２の少なくとも一部は、波長変換部材６０の第１面６０ａに臨界角未満の入射角で入射するため、第１面６０ａで全反射することなく、第１面６０ａを透過して光源装置１３０の外部に取り出される。
よって、本実施形態においても、蛍光Ｙの取り出し効率が高く、所望の強度を有する蛍光Ｙが得やすい光源装置１３０を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態においては、反射部材７３の反射面７３ｒが凹凸構造を有し、波長変換部材６０の第２面６０ｂが平滑面であるため、波長変換部材６０の端面の加工が難しい場合には、光源装置１３０を容易に製造することができる。

（第４実施形態）
続いて、本発明の第４実施形態について、図６を用いて説明する。
第４実施形態のプロジェクターおよび光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であるため、プロジェクターおよび光源装置の基本構成の説明は省略する。
図６は、第４実施形態の第１照明装置３４０の概略構成図である。
図６において、以前の実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態の第１照明装置３４０は、光源装置１４０を備える。光源装置１４０は、発光素子５６と、波長変換部材６０と、反射部材８３と、角度変換部材５２と、接着材５９と、を備える。反射部材８３は、第２面６０ｂと対向する反射面８３ｒを有する。

本実施形態の場合、波長変換部材６０の第２面６０ｂは、平滑面である。反射部材８３の反射面８３ｒは、粗面である。具体的には、反射部材８３の反射面８３ｒは、複数の微細な曲面状の突起が周期的に配列されている構造を有する。曲面状の突起の直径は、例えば１μｍ～０．２ｍｍ程度であることが望ましい。複数の曲面状の突起は、一定の周期で並んでいてもよいし、周期的に並んでいなくてもよい。光源装置１４０のその他の構成は、第１実施形態と同様である。反射面８３ｒは、反射部材８３がアルミナなどの金属部材であってもよく、また反射面８３ｒに、金属膜や誘電体多層膜を蒸着などで形成してもよい。

（第４実施形態の効果）
本実施形態においても、粗面からなる反射面８３ｒが第２面６０ｂを透過した蛍光Ｙ１を散乱反射するため、角度が種々に変化した蛍光Ｙ２が生成される。よって、蛍光Ｙの取り出し効率が高く、所望の強度を有する蛍光Ｙが得やすい光源装置１４０を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

本実施形態においては、反射部材８３の反射面８３ｒが周期的に曲面状の突起が配列されている構造を有するため、第３実施形態と同様、波長変換部材６０の端面の加工が難しい場合には、光源装置１４０を容易に製造することができる。また、曲面状の突起の形状および寸法を適切に設計することにより、反射面８３ｒにおける蛍光Ｙ１の反射角度を調整し、反射した蛍光Ｙ２の角度分布を制御することができる。

（第５実施形態）
続いて、本発明の第５実施形態について、図７を用いて説明する。
第５実施形態のプロジェクターおよび光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であるため、プロジェクターおよび光源装置の基本構成の説明は省略する。
図７は、第５実施形態の第１照明装置３５０の概略構成図である。
図７において、以前の実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態の第１照明装置３５０は、光源装置１５０を備える。光源装置１５０は、発光素子５６と、波長変換部材５０と、反射部材７３と、角度変換部材５２と、接着材５９と、を備える。

本実施形態の場合、波長変換部材５０の第２面５０ｂは、粗面である。反射部材７３の反射面７３ｒは、粗面である。本実施形態において、第２面５０ｂおよび反射面７３ｒの両方が粗面である。第２面５０ｂおよび反射面７３ｒの表面粗さは、ともに算術平均粗さで２μｍ以上であることが望ましい。さらに、第２面５０ｂおよび反射面７３ｒの表面粗さは、ともに算術平均粗さで１０μｍ以上であることがより望ましい。また、第２面５０ｂおよび反射面７３ｒの粗面の隣り合う山部と谷部との間のピッチは、蛍光Ｙの波長帯以上であることが望ましく、例えば０．７μｍ以上であることが望ましい。反射面７３ｒは、凹凸構造を有していてもよいし、周期的に曲面状の突起が配列されている構造を有していてもよい。光源装置１５０のその他の構成は、第１実施形態と同様である。

（第５実施形態の効果）
本実施形態においても、蛍光Ｙの取り出し効率が高く、所望の強度を有する蛍光Ｙが得やすい光源装置１５０を実現することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。また、第３実施形態と同様、第２面５０ｂを透過した蛍光Ｙ１は粗面からなる反射面７３ｒで散乱反射されて角度が種々に変化した蛍光Ｙ２となるので、蛍光Ｙの取り出し効率をより高めることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。また、本発明の一つの態様は、上記の各実施形態の特徴部分を適宜組み合わせた構成とすることができる。

また、光源装置およびプロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。また、上記実施形態では、本発明による光源装置を、液晶パネルを用いたプロジェクターに搭載した例を示したが、これに限られない。本発明による光源装置を、光変調装置としてデジタルマイクロミラーデバイスを用いたプロジェクターに適用してもよい。また、プロジェクターは、複数の光変調装置を有していなくてもよく、１つの光変調装置のみを有していてもよい。

上記実施形態では、本発明の光源装置をプロジェクターに適用した例を示したが、これに限られない。本発明の光源装置は、照明器具や自動車のヘッドライト等にも適用することができる。

本発明の一つの態様の光源装置は、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様の光源装置は、第１波長帯を有する第１光を射出する発光面を有する発光素子と、蛍光体を含み、発光素子から射出される第１光を、第１波長帯とは異なる第２波長帯を有する第２光に変換する波長変換部材と、波長変換部材で生成される第２光を反射する反射面を有する反射部材と、を備え、波長変換部材は、波長変換部材の長手方向に交差し、第２光を射出する第１面と、波長変換部材の長手方向に交差し、第１面とは反対側に位置する第２面と、第１面および第２面と交差する第３面と、を有し、発光面は、第３面の少なくとも一部に対向して設けられ、反射面は、第２面に対向して設けられ、第２面および反射面の少なくとも一方は粗面である、光源装置。

本発明の一つの態様の光源装置は、第２面は粗面であり、反射面は平滑面である構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置は、第２面は平滑面であり、反射面は粗面である構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置は、反射面は、凹凸構造を有する構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置は、反射面は、周期的に曲面状の突起が配列されている構造を有する構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置は、反射部材は、第２面に対向して設けられる基部と、基部から連続し、第３面の一部に対向して設けられる壁部と、を有する構成としてもよい。

本発明の一つの態様の光源装置は、第１面に対向して設けられ、第１面から射出される第２光の角度分布を変換する角度変換部材と、角度変換部材と第１面との間に設けられる接着材と、をさらに備える構成としてもよい。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、以下の構成を有していてもよい。
本発明の一つの態様のプロジェクターは、本発明の一つの態様の光源装置と、前記光源装置から射出される前記第２光を含む光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投写する投写光学装置と、を備える。

１…プロジェクター、４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光変調装置、６…投写光学装置、５０，６０…波長変換部材、５０ａ，６０ａ…第１面、５０ｂ，６０ｂ…第２面、５０ｇ，６０ｇ…側面（第３面）、５２…角度変換部材、５３，６３，７３，８３…反射部材、５３ｒ，６３ｒ，７３ｒ，８３ｒ…反射面、５６…発光素子、５６ａ…発光面、５９…接着材、１００，１２０，１３０，１４０，１５０…光源装置、６３０…基部、６３１…壁部、Ｅ…励起光（第１光）、Ｙ，Ｙ１，Ｙ２…蛍光（第２光）。

Claims (7)

1. 第１波長帯を有する第１光を射出する発光面を有する発光素子と、
   蛍光体を含み、前記発光素子から射出される前記第１光を、前記第１波長帯よりも長波長帯である第２波長帯を有する第２光に変換する波長変換部材と、
   前記波長変換部材で生成される前記第２光を反射する反射面を有する反射部材と、
   を備え、
   前記波長変換部材は、前記波長変換部材の長手方向に交差し、前記第２光を射出する第１面と、前記波長変換部材の長手方向に交差し、前記第１面とは反対側に位置する第２面と、前記第１面および前記第２面と交差する第３面と、を有し、
   前記発光面は、前記第３面の少なくとも一部に対向して設けられ、
   前記反射面は、前記第２面に対向して設けられ、
   前記第２面および前記反射面の少なくとも一方は粗面であり、
   前記粗面の隣り合う山部と谷部との間のピッチは、前記第２波長帯の波長以上であり、
   前記反射部材は、前記第２面に対向して設けられる基部と、前記基部から連続し、前記第３面の一部に対向して設けられる壁部と、を有する板状の部材であり、前記第２面と前記第３面との角部を覆う、
   光源装置。
2. 前記第２面は粗面であり、前記反射面は平滑面である、
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第２面は平滑面であり、前記反射面は粗面である、
   請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記粗面は、凹凸構造を有する、
   請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記粗面は、周期的に曲面状の突起が配列されている構造を有する、
   請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光源装置。
6. 前記第１面に対向して設けられ、前記第１面から射出される前記第２光の角度分布を変換する角度変換部材と、
   前記角度変換部材と前記第１面との間に設けられる接着材と、をさらに備える、
   請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光源装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記光源装置から射出される前記第２光を含む光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
   前記光変調装置により変調された光を投写する投写光学装置と、
   を備える、
   プロジェクター。

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